车—轨（桥）耦合系统随机动力学分析与行车安全可靠性评估
发布时间：2021-10-25 07:18
随着列车运行速度的提高和运行里程的增加,轮轨力的加剧将导致轨道几何不平顺程度增大及车轮和钢轨磨耗恶化。同时,车辆悬挂特性由于磨耗、老化等原因也将发生变化。上述因素直接影响着车-轨（桥）耦合系统的动力学性能。另外,考虑到我国是一个地震多发国家,桥梁在高速铁路线路中占比的增大提高了地震发生时列车在桥上发生脱轨的可能性。因此综合考虑轮轨型面、悬挂参数、轨道不平顺和地震动等不确定性因素的影响,开展车-轨（桥）耦合系统随机动力学分析与行车安全可靠性评估具有重要的工程应用价值,可为高速列车、轨道或桥梁系统设计及改进提供参考。影响车-轨（桥）系统动力学行为及行车安全性能的不确定性因素主要有:1)轮轨型面、车辆悬挂特性等参数不确定性;2)由于小角度和小位移假设、连接元件模拟方式的不同及忽略小质量附属部件的影响,建立车-轨（桥）系统动力学模型过程中引入的模型不确定性;3)地震动作用及发生时刻的随机性。本文从车-轨（桥）耦合系统动力学模型的建立及响应求解、不确定性描述以及动力可靠性评估等方面开展车-轨（桥）耦合系统随机动力学分析与行车安全可靠性研究,具体内容包括:1)建立可以考虑接触点位置变化和钢轨振动影...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：191 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
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?车－轨（桥）耦合系统随机动力学分析与行车安全可靠性评估???（ａ）?１?１?ｊ?ｉ??ｃ二％?二、?二?％?Ｒａｉ１?三＾：??＿?＿?＿?ｉ?＿?靈??Ｃｖ２?１＝１，ｋｖｌ?〒丨，?￣?＾?丫，?一?＂ｒ??辞获辞获获扣ｄ线谋Ｕ＾获Ｐ资：ｇｐ巧获＆好Ｈ每样获！１??（ｂ）?ｃｐｈ?Ｖ?Ｒ１??Ｃ２ｈ?＾ｐ／ｌＳ??Ｃｐｖ＾?Ｘ＾ｋｐＶ??ｌｌｋ２ｈ、每‘?ｕ?？?議??图２．２两层轨道系统动力学模型：（ａ）侧视图；（ｂ）前视图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｗｏ－ｌａｙｅｒ?ｔｒａｃｋ?ｓｙｓｔｅｍ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｍｏｄｅｌ：?（ａ）?ｓｉｄｅ?ｖｉｅｗ；?（ｂ）?ｆｒｏｎｔ?ｖｉｅｗ??将钢轨与轨枕运动方程在广义坐标下耦合，可得到轨道系统运动方程的矩阵形式??ＭｔＸｔ?＋?ＣｔＸｔ?＋?ＫｔＸｔ?＝?Ｆｔｖ?（２．１０）??式中，Ａ：ｔ、Ａ：ｔ和先分别为轨道系统的位移、速度和加速度向量。位移向量＆表达式为??Ｘｔ＝｛（ｑＬｒ）Ｔ，（ｑ？）Ｔ＾Ｊ｝Ｔ?（２．１１）??其中，＃和＃分别为左、右钢轨的模态坐标向量；＆为轨枕位移向量??Ｑｒ?＿?｛％１’?…’?Ｑｙ／ｆ’?Ｑｚｌ’?…＇＂ｚ／Ｏ?９ｔｌ’?…’??Ｒｒ?＝?｛？ｙｌ？?■？？＇?＾ｙＫ＇?？ｚｌ＜?■■■?＞?＾ｚＫ＇?Ｒｔｌ＞?■？■?＞?ＲｔＫ｝?（２．１２）??丁??、尤Ｓ?－?｛ｙｓ！，…，ｙｓ；ｖ，Ｚｓ：！，…，＾Ｓ／ｖ，少％，…，０Ｓ；ｙ｝??式中，＆、‘和略分别为钢轨的第糾１?介横向、垂向和扭转振动模态坐标；ａ?＝?Ｌ，／？分别??表示左、右侧钢轨；／ｃ?＝?ｌ，．．．，Ｌ?Ｋ为钢轨模态截断数量；ｙＳｉ
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性轮轨下轮轨波磨综合作用的振动特性研究[J]. 宋志坤,侯银庆,胡晓依,张浩然,李强,成棣. 铁道学报. 2018(11)
[2]波磨对轮轨系统动力特性的影响分析[J]. 宋小林,翟婉明,王开云. 中国铁道科学. 2018(05)
[3]波磨条件下地铁车轮瞬态滚动噪声特性研究[J]. 周信,赵鑫,韩健,何远鹏,温泽峰,金学松. 机械工程学报. 2018(04)
[4]基于分离迭代和耦合时变的列车—轨道—桥梁耦合系统高效动力分析混合算法[J]. 朱志辉,龚威,张磊,余志武,蔡成标. 中国铁道科学. 2018(01)
[5]车辆与吊挂设备耦合作用垂向系统振动传递及平稳性研究[J]. 徐宁,任尊松,李响,查浩. 振动工程学报. 2017(06)
[6]列车-桥梁耦合系统非线性随机振动分析[J]. 晋智斌,李小珍,朱艳,强士中. 铁道学报. 2017(09)
[7]高速列车车轮磨耗预测模型的发展及验证（英文）[J]. Gong-quan TAO,Xing DU,He-ji ZHANG,Ze-feng WEN,Xue-song JIN,Da-bin CUI. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2017(08)
[8]考虑随机因素的高速列车动力学模拟方法及应用[J]. 罗仁,胡俊波,王一平. 铁道车辆. 2016(10)
[9]列车—轨道—桥梁耦合系统动力方程求解方法对计算精度和效率的影响[J]. 朱志辉,龚威,王力东,蔡成标,余志武. 中国铁道科学. 2016(05)
[10]地震作用下结构拟静力分量对车桥系统动力响应的影响分析[J]. 杜宪亭,乔宏,夏禾,王少钦,李啸. 振动与冲击. 2016(16)
博士论文
[1]考虑结构不确定性及地震空间效应的海底管线随机振动研究[D]. 李榆银.大连理工大学 2018
[2]转子系统的不确定性非参数动力学建模及其特性研究[D]. 王跃华.浙江大学 2016
[3]高速列车车轮不圆机理及影响研究[D]. 袁雨青.北京交通大学 2016
[4]具有不确定参数车轨耦合系统随机振动问题研究[D]. 项盼.大连理工大学 2016
[5]车桥耦合系统动力相互作用与多点地震响应数值方法研究[D]. 朱丹阳.大连理工大学 2015
[6]高速列车车轮磨耗及型面优化研究[D]. 林凤涛.中国铁道科学研究院 2014
[7]非一致地震激励下列车—轨道—桥梁耦合振动及行车安全性研究[D]. 雷虎军.西南交通大学 2014
[8]车辆—轨道耦合系统动力学的数值方法研究[D]. 张健.大连理工大学 2014
[9]复杂环境状态下高速列车脱轨机理研究[D]. 肖新标.西南交通大学 2013
[10]车辆—轨道耦合系统高效随机振动分析及优化[D]. 张有为.大连理工大学 2013
本文编号：3456913
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：191 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１中国高速铁路网??Ｆｉｇ．?１．１?Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ?ｒａｉｌｗａｙ?ｎｅｔｗｏｒｋ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ??
?车－轨（桥）耦合系统随机动力学分析与行车安全可靠性评估???高速列车作为高速铁路系统中的关键子系统，“更高速度”是一直追求的目标。世??界范围内高速列车的典型代表主要有日本的Ｓｈｉｎｋａｎｓｅｎ、法国的ＴＧＶ、德国的ＩＣＥ、意??大利的ＥＴＲ、西班牙的ＡＶＥ、英国的Ｅｕｒｏｓｔａｒ以及中国的复兴号（图１．２）等。特别是ＴＧＶ??列车于２００７年４月以５７４．８ｋｍ／ｈ的速度创造了轮轨列车的最快世界纪录。但在追求更??高速度的同时，高速列车的乘坐舒适性和运行安全性能需优先保证。由于轮轨接触关系??的存在，轮轨型面的磨耗和轨道结构的沉降变形等将不可避免地发生，导致轮轨间的动??力相互作用随列车运行速度的提高而加剧，直接影响着轨道结构的工作状态、列车的乘??坐舒适性能和运行安全性能。因此开展车辆／轨道（桥梁）耦合系统动力相互作用问题研宄??具有重大的理论和现实意义。??（ｉｆ?翻＾??图１．２中国复兴号高速列车??Ｆｉｇ．?１．２?Ｆｕｘｉｎｇ?ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ?ｔｒａｉｎ??车辆／轨道（桥梁）耦合系统动力学模型己被广泛应用于解决工程实际问题ｍ］。轮轨??相互作用模型作为车轨耦合系统动力学模型的核心，很大程度上决定了动力响应的求解??精度。一般来说，需根据不同的研究目的建立不同精细程度的轮轨接触模型：若仅关注??车桥系统总体动力响应时，线性轮轨模型的计算精度即可满足要求［１４］，且应用线性模型??可快速完成对车辆动力学性能的初步评估，特别是在没有实际轮轨接触几何详细信息的??车辆设计初级阶段［１＇而当评估车辆脱轨安全性能时则需建立能够考虑实际轮轨型面影??响的非线性轮轨接触模型，以获得较为符合实际的轮轨作用力［
?车－轨（桥）耦合系统随机动力学分析与行车安全可靠性评估???（ａ）?１?１?ｊ?ｉ??ｃ二％?二、?二?％?Ｒａｉ１?三＾：??＿?＿?＿?ｉ?＿?靈??Ｃｖ２?１＝１，ｋｖｌ?〒丨，?￣?＾?丫，?一?＂ｒ??辞获辞获获扣ｄ线谋Ｕ＾获Ｐ资：ｇｐ巧获＆好Ｈ每样获！１??（ｂ）?ｃｐｈ?Ｖ?Ｒ１??Ｃ２ｈ?＾ｐ／ｌＳ??Ｃｐｖ＾?Ｘ＾ｋｐＶ??ｌｌｋ２ｈ、每‘?ｕ?？?議??图２．２两层轨道系统动力学模型：（ａ）侧视图；（ｂ）前视图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｗｏ－ｌａｙｅｒ?ｔｒａｃｋ?ｓｙｓｔｅｍ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｍｏｄｅｌ：?（ａ）?ｓｉｄｅ?ｖｉｅｗ；?（ｂ）?ｆｒｏｎｔ?ｖｉｅｗ??将钢轨与轨枕运动方程在广义坐标下耦合，可得到轨道系统运动方程的矩阵形式??ＭｔＸｔ?＋?ＣｔＸｔ?＋?ＫｔＸｔ?＝?Ｆｔｖ?（２．１０）??式中，Ａ：ｔ、Ａ：ｔ和先分别为轨道系统的位移、速度和加速度向量。位移向量＆表达式为??Ｘｔ＝｛（ｑＬｒ）Ｔ，（ｑ？）Ｔ＾Ｊ｝Ｔ?（２．１１）??其中，＃和＃分别为左、右钢轨的模态坐标向量；＆为轨枕位移向量??Ｑｒ?＿?｛％１’?…’?Ｑｙ／ｆ’?Ｑｚｌ’?…＇＂ｚ／Ｏ?９ｔｌ’?…’??Ｒｒ?＝?｛？ｙｌ？?■？？＇?＾ｙＫ＇?？ｚｌ＜?■■■?＞?＾ｚＫ＇?Ｒｔｌ＞?■？■?＞?ＲｔＫ｝?（２．１２）??丁??、尤Ｓ?－?｛ｙｓ！，…，ｙｓ；ｖ，Ｚｓ：！，…，＾Ｓ／ｖ，少％，…，０Ｓ；ｙ｝??式中，＆、‘和略分别为钢轨的第糾１?介横向、垂向和扭转振动模态坐标；ａ?＝?Ｌ，／？分别??表示左、右侧钢轨；／ｃ?＝?ｌ，．．．，Ｌ?Ｋ为钢轨模态截断数量；ｙＳｉ
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性轮轨下轮轨波磨综合作用的振动特性研究[J]. 宋志坤,侯银庆,胡晓依,张浩然,李强,成棣. 铁道学报. 2018(11)
[2]波磨对轮轨系统动力特性的影响分析[J]. 宋小林,翟婉明,王开云. 中国铁道科学. 2018(05)
[3]波磨条件下地铁车轮瞬态滚动噪声特性研究[J]. 周信,赵鑫,韩健,何远鹏,温泽峰,金学松. 机械工程学报. 2018(04)
[4]基于分离迭代和耦合时变的列车—轨道—桥梁耦合系统高效动力分析混合算法[J]. 朱志辉,龚威,张磊,余志武,蔡成标. 中国铁道科学. 2018(01)
[5]车辆与吊挂设备耦合作用垂向系统振动传递及平稳性研究[J]. 徐宁,任尊松,李响,查浩. 振动工程学报. 2017(06)
[6]列车-桥梁耦合系统非线性随机振动分析[J]. 晋智斌,李小珍,朱艳,强士中. 铁道学报. 2017(09)
[7]高速列车车轮磨耗预测模型的发展及验证（英文）[J]. Gong-quan TAO,Xing DU,He-ji ZHANG,Ze-feng WEN,Xue-song JIN,Da-bin CUI. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2017(08)
[8]考虑随机因素的高速列车动力学模拟方法及应用[J]. 罗仁,胡俊波,王一平. 铁道车辆. 2016(10)
[9]列车—轨道—桥梁耦合系统动力方程求解方法对计算精度和效率的影响[J]. 朱志辉,龚威,王力东,蔡成标,余志武. 中国铁道科学. 2016(05)
[10]地震作用下结构拟静力分量对车桥系统动力响应的影响分析[J]. 杜宪亭,乔宏,夏禾,王少钦,李啸. 振动与冲击. 2016(16)
博士论文
[1]考虑结构不确定性及地震空间效应的海底管线随机振动研究[D]. 李榆银.大连理工大学 2018
[2]转子系统的不确定性非参数动力学建模及其特性研究[D]. 王跃华.浙江大学 2016
[3]高速列车车轮不圆机理及影响研究[D]. 袁雨青.北京交通大学 2016
[4]具有不确定参数车轨耦合系统随机振动问题研究[D]. 项盼.大连理工大学 2016
[5]车桥耦合系统动力相互作用与多点地震响应数值方法研究[D]. 朱丹阳.大连理工大学 2015
[6]高速列车车轮磨耗及型面优化研究[D]. 林凤涛.中国铁道科学研究院 2014
[7]非一致地震激励下列车—轨道—桥梁耦合振动及行车安全性研究[D]. 雷虎军.西南交通大学 2014
[8]车辆—轨道耦合系统动力学的数值方法研究[D]. 张健.大连理工大学 2014
[9]复杂环境状态下高速列车脱轨机理研究[D]. 肖新标.西南交通大学 2013
[10]车辆—轨道耦合系统高效随机振动分析及优化[D]. 张有为.大连理工大学 2013
本文编号：3456913
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